JP6447050B2 - Method for manufacturing power storage device - Google Patents

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Description

本発明は、ニトロキシル化合物を含む正極を用いた蓄電デバイス及びその製造方法に関する。   The present invention relates to an electricity storage device using a positive electrode containing a nitroxyl compound and a method for producing the same.

近年、ノート型パソコンや携帯電話などの携帯電子機器は、通信機能をはじめ、動画再生機能やカメラ機能など多機能化している。このような携帯電子機器に用いられる蓄電デバイスには高いエネルギー密度、高い出力特性、高い安全性、及び高いサイクル安定性が求められる。   In recent years, portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones have become multifunctional, including communication functions, video playback functions, and camera functions. A power storage device used in such portable electronic devices is required to have high energy density, high output characteristics, high safety, and high cycle stability.

高出力な蓄電デバイスとして、ニトロキシル化合物を正極中に含有した蓄電デバイス(以下「有機ラジカル電池」という)が提案されている(例えば特許文献1)。このニトロキシル化合物は、酸化状態においてオキソアンモニウムカチオン部分構造をとり、還元状態においてニトロキシルラジカル部分構造をとり、その2つの状態間で電子の授受が行われ、この反応が正極の電極反応として用いられる。この電極反応は比較的速く進むため、高出力な電池を得ることができる。また、このような有機ラジカル電池は、熱暴走しにくく安定な電池である。   As a high-output power storage device, a power storage device containing a nitroxyl compound in a positive electrode (hereinafter referred to as “organic radical battery”) has been proposed (for example, Patent Document 1). This nitroxyl compound takes an oxoammonium cation partial structure in an oxidized state, takes a nitroxyl radical partial structure in a reduced state, and transfers electrons between the two states, and this reaction is used as an electrode reaction of a positive electrode. . Since this electrode reaction proceeds relatively quickly, a high output battery can be obtained. Moreover, such an organic radical battery is a stable battery that is less likely to run out of heat.

例えば特許文献2に記載の有機ラジカル電池では、高出力化及び高エネルギー密度化等を目的として予めリチウムイオンがドープ(プレドープ)された負極が用いられている。負極にリチウムイオンをプレドープする方法として、正極、負極の他にリチウム箔と銅箔(集電体)からなる電極(リチウム極)を設け、このリチウム極と負極を電気化学的に接触させることにより、負極にリチウムイオンがプレドープされることが記載されている。   For example, in the organic radical battery described in Patent Document 2, a negative electrode doped with lithium ions in advance (pre-doped) is used for the purpose of higher output and higher energy density. As a method of pre-doping lithium ions into the negative electrode, in addition to the positive electrode and the negative electrode, an electrode (lithium electrode) composed of a lithium foil and a copper foil (current collector) is provided, and the lithium electrode and the negative electrode are brought into electrochemical contact. It is described that lithium ions are pre-doped on the negative electrode.

また、他のプレドープ方法として、特許文献3には、リチウムイオンキャパシタにおいて、負極集電体に金属リチウムを貼り付け、電池組立後に一定時間放置することにより負極にリチウムイオンをプレドープすることが記載されている。   As another pre-doping method, Patent Document 3 describes that, in a lithium ion capacitor, metallic lithium is attached to a negative electrode current collector, and the negative electrode is pre-doped by leaving the battery for a certain time after assembly. ing.

特開2002―304996号公報JP 2002-304996 A 国際公開第2010/140512号International Publication No. 2010/140512 特開2010−232565号公報JP 2010-232565 A

上述の方法でプレドープを行った場合、リチウムイオンが負極中に不均一にドープされやすいため、金属リチウムが残存し、電池特性の低下やリチウムデンドライドの析出による短絡等の問題が懸念される。   When pre-doping is performed by the above-described method, lithium ions are likely to be doped non-uniformly in the negative electrode, so that metallic lithium remains, and there are concerns about problems such as deterioration of battery characteristics and short circuit due to precipitation of lithium dendride.

本発明の目的は、低コストで、出力特性が向上した蓄電デバイスを提供することにある。   An object of the present invention is to provide an electricity storage device with improved output characteristics at low cost.

本発明の一態様による蓄電デバイスの製造方法は、酸化状態において下記式(1)で示されるニトロキシルカチオン部分構造をとり、還元状態において下記式(2)で示されるニトロキシルラジカル部分構造をとるニトロキシル化合物を含む正極と、リチウムイオンを可逆的に挿入・脱離可能な活物質材料を含む負極と、電解液を有し、前記酸化状態と前記還元状態との間で電子の授受を行う下記反応式(A)で示される反応を正極の電極反応として用いる蓄電デバイスを製造する方法であって、前記負極に金属リチウムを接着させ、該負極を用いて蓄電デバイスを組み立て、該蓄電デバイスの電圧が3.0〜4.0Vとなるように充電し、充電後に3日以上保持することにより前記負極にリチウムイオンをプレドープする。   A method of manufacturing an electricity storage device according to one embodiment of the present invention takes a nitroxyl cation partial structure represented by the following formula (1) in an oxidized state and a nitroxyl radical partial structure represented by the following formula (2) in a reduced state. A positive electrode containing a nitroxyl compound, a negative electrode containing an active material capable of reversibly inserting and desorbing lithium ions, and an electrolyte solution that exchanges electrons between the oxidized state and the reduced state A method for producing an electricity storage device using the reaction represented by the reaction formula (A) as an electrode reaction of a positive electrode, wherein metallic lithium is bonded to the negative electrode, the electricity storage device is assembled using the negative electrode, and the voltage of the electricity storage device Is 3.0 to 4.0 V, and the negative electrode is pre-doped with lithium ions by holding for 3 days or more after charging.

本発明の他の態様による蓄電デバイスは、上記製造方法により製造された蓄電デバイスである。   An electricity storage device according to another aspect of the present invention is an electricity storage device manufactured by the above manufacturing method.

本発明の実施形態によれば、低コストで、出力特性が向上した蓄電デバイスを提供できる。   According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide an electricity storage device with improved output characteristics at low cost.

本発明の実施形態によるラミネート型蓄電デバイスの斜視図である。1 is a perspective view of a laminate type electricity storage device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるラミネート型蓄電デバイスの構成を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the structure of the lamination type electrical storage device by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるラミネート型蓄電デバイスの負極の平面図である。It is a top view of the negative electrode of the lamination type electrical storage device by embodiment of this invention.

本発明の実施形態による蓄電デバイスの製造方法においては、負極に金属リチウムを接着した蓄電デバイスを組み立てた後に、この蓄電デバイスを充電し、充電完了後、充電状態で保持することにより、負極中にリチウムイオンをプレドープする。この製造方法によれば、負極中にリチウムイオンが均一にドープされ、出力特性が向上した蓄電デバイスを得ることができる。   In the method for manufacturing an electricity storage device according to the embodiment of the present invention, after assembling an electricity storage device having metallic lithium bonded to the negative electrode, the electricity storage device is charged, and after charging is completed, the battery is held in a charged state. Pre-dope with lithium ions. According to this manufacturing method, it is possible to obtain an electricity storage device in which lithium ions are uniformly doped in the negative electrode and output characteristics are improved.

以下に、本発明の好適な実施形態について説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described.

本発明の実施形態による蓄電デバイスは、上記ニトロキシル化合物を正極活物質として含む正極と、負極と、電解液とを有する。負極は、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能な材料を負極活物質として含むことができる。電解質塩としてリチウム塩を用いることができ、有機溶媒として非プロトン性溶媒を用いることができる。また、必要に応じて、被膜形成用添加剤を電解液に添加することができる。   An electricity storage device according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode including the nitroxyl compound as a positive electrode active material, a negative electrode, and an electrolytic solution. The negative electrode can contain a material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions as a negative electrode active material. A lithium salt can be used as the electrolyte salt, and an aprotic solvent can be used as the organic solvent. Moreover, the film formation additive can be added to the electrolytic solution as necessary.

本実施形態による蓄電デバイスは、電気化学的に蓄えられたエネルギーを電力の形で取り出すことができるものであり、一次電池、二次電池、キャパシタやコンデンサ等の電気容量デバイス等に適用できる。   The electricity storage device according to the present embodiment can extract electrochemically stored energy in the form of electric power, and can be applied to an electric capacity device such as a primary battery, a secondary battery, a capacitor and a capacitor.

まず、電極の作製に用いる材料について説明し、その後に蓄電デバイスの構造および製造方法について説明する。   First, materials used for manufacturing the electrode will be described, and then the structure and manufacturing method of the electricity storage device will be described.

[1]電極の材料
[1−1]正極活物質
本発明の実施形態による蓄電デバイスにおける正極活物質としては、酸化状態において式(1)で示されるニトロキシルカチオン部分構造(N−オキソ−アンモニウムカチオン部分構造)をとり、還元状態において式(2)で示されるニトロキシルラジカル部分構造をとるニトロキシル化合物を用いる。このニトロキシル化合物は、これらの2つの状態間で電子の授受を行う反応式(A)で示される酸化還元反応を行うことができる。本実施形態による蓄電デバイスは、この酸化還元反応を正極の電極反応として用いる。
[1] Electrode Material [1-1] Positive Electrode Active Material As the positive electrode active material in the electricity storage device according to the embodiment of the present invention, the nitroxyl cation partial structure (N-oxo-ammonium represented by the formula (1) in the oxidized state is used. A nitroxyl compound having a cation partial structure) and a nitroxyl radical partial structure represented by the formula (2) in a reduced state is used. This nitroxyl compound can perform an oxidation-reduction reaction represented by the reaction formula (A) in which electrons are transferred between these two states. The electricity storage device according to the present embodiment uses this oxidation-reduction reaction as the electrode reaction of the positive electrode.

このニトロキシル化合物の構造としては特に限定されないが、電解液に対する低溶解性の観点から、ニトロキシル高分子化合物であることが好ましい。   The structure of the nitroxyl compound is not particularly limited, but is preferably a nitroxyl polymer compound from the viewpoint of low solubility in an electrolytic solution.

このニトロキシル高分子化合物としては、酸化状態において下記式(Ia)で示される環状ニトロキシル構造を側鎖に含むポリマーであることが好ましい。   The nitroxyl polymer compound is preferably a polymer containing a cyclic nitroxyl structure represented by the following formula (Ia) in the side chain in an oxidized state.

(式中、R1〜R4はそれぞれ独立に炭素数1〜4のアルキル基を表し、Xは5〜7員環を形成する2価の基を表す。但し、Xがポリマーの側鎖の一部を構成することにより、式(Ia)で示される環状ニトロキシル構造がポリマーの一部となっている。) (In the formula, R 1 to R 4 each independently represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and X represents a divalent group forming a 5- to 7-membered ring, provided that X represents a side chain of the polymer. (By constituting a part, the cyclic nitroxyl structure represented by the formula (Ia) becomes a part of the polymer.)

1〜R4は、それぞれ独立に炭素数1〜4のアルキル基を表し、エチル基、メチル基が好ましく、特にラジカルの安定性の点でメチル基が好ましい。 R 1 to R 4 each independently represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, preferably an ethyl group or a methyl group, and particularly preferably a methyl group in terms of radical stability.

Xは、具体的には、−CH2CH2−、−CH2CH2CH2−、−CH2CH2CH2CH2−、−CH=CH−、−CH=CHCH2−、−CH=CHCH2CH2−、−CH2CH=CHCH2−が挙げられ、その中で、隣接しない−CH2−は、−O−、−NH−または−S−によって置き換えられていてもよく、−CH=は−N=によって置き換えられていてもよい。また、環を構成する原子に結合した水素原子は、アルキル基、ハロゲン原子、=O、エーテル基、エステル基、シアノ基、アミド基等により置換されていてもよい。 X is specifically, -CH 2 CH 2 -, - CH 2 CH 2 CH 2 -, - CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -, - CH = CH -, - CH = CHCH 2 -, - CH ═CHCH 2 CH 2 —, —CH 2 CH═CHCH 2 —, in which non-adjacent —CH 2 — may be replaced by —O—, —NH— or —S—, -CH = may be replaced by -N =. The hydrogen atom bonded to the atoms constituting the ring may be substituted with an alkyl group, a halogen atom, ═O, an ether group, an ester group, a cyano group, an amide group, or the like.

特に、好ましい環状ニトロキシル構造は、2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシルラジカル(又はカチオン)、2,2,5,5−テトラメチルピロリジノキシルラジカル(又はカチオン)、2,2,5,5−テトラメチルピロリノキシルラジカル(カチオン)から選ばれるものであり、2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシルラジカル(又はカチオン)、2,2,5,5−テトラメチルピロリジノキシルラジカル(又はカチオン)がより好ましい。   Particularly preferred cyclic nitroxyl structures are 2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl radical (or cation), 2,2,5,5-tetramethylpyrrolidinoxyl radical (or cation), 2,2 , 5,5-tetramethylpyrrolinoxyl radical (cation), 2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl radical (or cation), 2,2,5,5-tetra A methylpyrrolidinoxyl radical (or cation) is more preferred.

式(Ia)で示される環状ニトロキシル構造は、式(Ib)に示すように、X中の環員を構成する−CH2−、−CH=または−NH−から水素を取った残基X’によってポリマーに結合することができる。 The cyclic nitroxyl structure represented by the formula (Ia) is, as shown in the formula (Ib), a residue X ′ obtained by removing hydrogen from —CH 2 —, —CH═ or —NH— constituting the ring member in X. Can be attached to the polymer.

なお、式(Ib)のR1〜R4は、それぞれ式(Ia)のR1〜R4に対応し、式(Ib)のX’は、式(Ia)のX中の環員を構成する−CH2−、−CH=または−NH−から水素を取った残基を意味する。 Incidentally, R 1 to R 4 of formula (Ib), corresponding to R 1 to R 4 each formula (Ia), X 'is of formula (Ib), constituting the ring members in the X of formula (Ia) This means a residue obtained by removing hydrogen from —CH 2 —, —CH═ or —NH—.

ニトロキシル高分子化合物の主鎖として用いられるポリマーとしては特に制限はなく、式(Ia)で示される環状ニトロキシル構造が側鎖に存在できるものあればよい。   The polymer used as the main chain of the nitroxyl polymer compound is not particularly limited as long as the cyclic nitroxyl structure represented by the formula (Ia) can be present in the side chain.

ニトロキシル高分子化合物は、通常のポリマーに、式(Ib)の基が付加したもの、またはポリマーの一部の原子または基が式(Ib)の基によって置換されたものを挙げることができる。式(Ib)の環状構造を構成する原子が直接ではなく、適当な2価の基を中間に介してポリマー(主鎖)に結合していてもよい。例えば、X’とポリマーの主鎖の原子とが、エステル結合(−COO−)やエーテル結合(−O−)等の2価基を介して結合することができる。   Examples of the nitroxyl polymer compound include those obtained by adding a group of the formula (Ib) to a normal polymer, or those obtained by substituting some atoms or groups of the polymer with a group of the formula (Ib). The atoms constituting the cyclic structure of the formula (Ib) may be bonded to the polymer (main chain) via an appropriate divalent group in the middle instead of directly. For example, X ′ and the main chain atom of the polymer can be bonded via a divalent group such as an ester bond (—COO—) or an ether bond (—O—).

ニトロキシル高分子化合物の主鎖として用いられるポリマーとしては、電気化学的な耐性に優れている点で、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリアルキレン系ポリマー;ポリ(メタ)アクリル酸;ポリ(メタ)アクリルアミド、ポリメチル(メタ)アクリルアミド、ポリジメチル(メタ)アクリルアミド等のポリ(メタ)アクリルアミド系ポリマー;ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリエチル(メタ)アクリレート等のポリ(メタ)アクリレート系ポリマー;ポリスチレン、ポリブロモスチレン、ポリクロロスチレン、ポリメチルスチレン等のポリスチレン系ポリマーが好ましい。   As the polymer used as the main chain of the nitroxyl polymer compound, polyalkylene polymers such as polyethylene and polypropylene; poly (meth) acrylic acid; poly (meth) acrylamide and polymethyl are excellent in electrochemical resistance. Poly (meth) acrylamide polymers such as (meth) acrylamide and polydimethyl (meth) acrylamide; poly (meth) acrylate polymers such as polymethyl (meth) acrylate and polyethyl (meth) acrylate; polystyrene, polybromostyrene, polychloro Polystyrene polymers such as styrene and polymethylstyrene are preferred.

このようなニトロキシル高分子化合物のなかでも、特に安定性の高い、下記式(3)〜(7)のいずれかで示されるものが好ましい。   Among such nitroxyl polymer compounds, those having high stability and those represented by any of the following formulas (3) to (7) are preferable.

(式中、nは1以上の整数である。) (In the formula, n is an integer of 1 or more.)

式(3)〜(5)に示したニトロキシル高分子化合物は、2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシルラジカル(又はカチオン)を側鎖に有し、式(6)、(7)に示したニトロキシル高分子化合物は、2,2,5,5−テトラメチルピロリジノキシルラジカル(又はカチオン)を側鎖に有する高分子化合物である。これらのニトロキシル高分子化合物は、高分子の側鎖に立体障害性の安定ラジカルを持つ化合物である。   The nitroxyl polymer compound represented by the formulas (3) to (5) has a 2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl radical (or cation) in the side chain, and the formulas (6), (7 The nitroxyl polymer compound shown in (2) is a polymer compound having a 2,2,5,5-tetramethylpyrrolidinoxyl radical (or cation) in the side chain. These nitroxyl polymer compounds are compounds having a sterically hindered stable radical in the side chain of the polymer.

ニトロキシル高分子化合物の分子量は、電解液に対する溶解性の観点から、1000以上であることが好ましく、さらには10000以上であることがより好ましい。分子量は大きいほうが好ましいが、平均分子量が500万以下のものを用いることができる。この分子量は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトフラフィ)による重量平均分子量(ポリスチレン換算)として、1000〜500万の範囲が好ましく、10000〜500万の範囲がより好ましい。   The molecular weight of the nitroxyl polymer compound is preferably 1000 or more, and more preferably 10,000 or more, from the viewpoint of solubility in the electrolytic solution. A higher molecular weight is preferred, but one having an average molecular weight of 5 million or less can be used. This molecular weight is preferably in the range of 1,000 to 5,000,000, and more preferably in the range of 10,000 to 5,000,000, as a weight average molecular weight (in terms of polystyrene) by GPC (gel permeation chromatography).

ニトロキシル高分子化合物の骨格構造としては、鎖状、分岐状、網目状のいずれでもよく、架橋剤で架橋した構造でもよい。   The skeleton structure of the nitroxyl polymer compound may be any of a chain, a branch, and a network, and may be a structure crosslinked with a crosslinking agent.

また、ニトロキシル高分子化合物は、単独で用いることができるが、二種類以上を混合して用いてもよい。   Moreover, although a nitroxyl polymer compound can be used independently, you may mix and use 2 or more types.

また、本実施形態による蓄電デバイスにおける正極中には、導電補助剤として、ポリアセチレンやポリフェニレン、ポリアニリン、ポリピロール等の導電性高分子、活性炭やグラファイト、カーボンブラック等の炭素材料を添加してもよい。   In addition, a conductive polymer such as polyacetylene, polyphenylene, polyaniline, or polypyrrole, or a carbon material such as activated carbon, graphite, or carbon black may be added to the positive electrode of the electricity storage device according to the present embodiment as a conductive auxiliary agent.

ニトロキシル高分子化合物の添加効果を十分に得る点から、正極活物質中のニトロキシル高分子化合物の含有量は、50重量%以上が好ましく、70重量%以上がより好ましい。   In view of sufficiently obtaining the effect of adding the nitroxyl polymer compound, the content of the nitroxyl polymer compound in the positive electrode active material is preferably 50% by weight or more, and more preferably 70% by weight or more.

[1−2]負極活物質
本実施形態による蓄電デバイスにおける負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能な材料(リチウムイオンを充電時に挿入し、放電時に脱離できる材料)を用いることができる。このような負極活物質としては、金属酸化物、グラファイト等の炭素材料等を用いることができる。これらの材料の形状としては特に限定されるものではなく、例えば、薄膜状のもの、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のものが挙げられる。また、これらの負極活物質は、単独、もしくは組み合わせて使用できる。
[1-2] Negative Electrode Active Material As the negative electrode active material in the electricity storage device according to the present embodiment, a material capable of reversibly occluding and releasing lithium ions (a material capable of inserting lithium ions during charge and desorbing during discharge) is used. be able to. As such a negative electrode active material, carbon materials such as metal oxides and graphite can be used. The shape of these materials is not particularly limited, and examples thereof include a thin film, a powdered product, a fiber, and a flake. These negative electrode active materials can be used alone or in combination.

[1−3]導電性付与剤
正極および負極を形成する際に、インピーダンスを低下させる目的で、導電性付与剤を添加してもよい。導電性付与剤としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ等の炭素繊維、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子が挙げられる。
[1-3] Conductivity imparting agent When forming the positive electrode and the negative electrode, a conductivity imparting agent may be added for the purpose of reducing impedance. Examples of the conductivity-imparting agent include carbonaceous fine particles such as graphite, carbon black, and acetylene black, carbon fibers such as vapor-grown carbon fibers and carbon nanotubes, and conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyacene. It is done.

[1−4]結着剤
正極および負極を形成する際に、結着剤を用いることもできる。結着剤を用いることにより、活物質同士、活物質と導電性付与剤との間、活物質や導電付与剤と集電体との間の結びつきを強めることができる。このような結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン−ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、部分カルボキシ化セルロース、各種ポリウレタン等の樹脂バインダーが挙げられる。
[1-4] Binder A binder can also be used when forming the positive electrode and the negative electrode. By using the binder, it is possible to strengthen the connection between the active materials, between the active material and the conductivity imparting agent, and between the active material or the conductivity imparting agent and the current collector. Examples of such a binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, styrene-butadiene copolymer rubber, Examples thereof include resin binders such as polypropylene, polyethylene, polyimide, partially carboxylated cellulose, and various polyurethanes.

[1−5]集電体
正極活物質又は負極活物質を含む電極材料は、集電体上に設けることができる。集電体としては、ニッケルやアルミニウム、銅、アルミニウム合金、ステンレス、炭素等からなる箔、シート、平板等を用いることができる。
[1-5] Current Collector An electrode material containing a positive electrode active material or a negative electrode active material can be provided on the current collector. As the current collector, a foil, a sheet, a flat plate, or the like made of nickel, aluminum, copper, aluminum alloy, stainless steel, carbon, or the like can be used.

[2]蓄電デバイスの基本構造および製造方法
図1に本実施形態によるラミネート型蓄電デバイスの一例の斜視図を示し、図2にその構造を説明するための断面図を示す。これらの図に示されるように、蓄電デバイス108は、正極101、この正極に対向する負極102、正極と負極との間に挟まれたセパレータ105を含む積層構造を有し、この積層構造は外装用フィルム106で覆われ、外装用フィルム106の外部へ、電極リード104が引き出されている。この蓄電デバイス内へは電解液が注入されている。以下に、蓄電デバイスの構成部材と製造方法についてさらに詳細に説明する。
[2] Basic Structure and Manufacturing Method of Power Storage Device FIG. 1 shows a perspective view of an example of a laminated power storage device according to the present embodiment, and FIG. 2 shows a cross-sectional view for explaining the structure. As shown in these drawings, the electricity storage device 108 has a laminated structure including a positive electrode 101, a negative electrode 102 facing the positive electrode, and a separator 105 sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. The electrode lead 104 is drawn out to the outside of the exterior film 106. An electrolytic solution is injected into the electricity storage device. Below, the structural member and manufacturing method of an electrical storage device are demonstrated in detail.

[2−1]正極
正極101は、正極活物質を含み、必要に応じてさらに導電性付与剤、結着剤を含み、一方の集電体103上に形成されている。
[2-1] Positive Electrode The positive electrode 101 includes a positive electrode active material, and further includes a conductivity imparting agent and a binder as necessary, and is formed on one current collector 103.

[2−2]負極
負極102は、負極活物質を含み、必要に応じてさらに導電性付与剤、結着剤を含み、他方の集電体103上に形成されている。
[2-2] Negative Electrode The negative electrode 102 includes a negative electrode active material, and further includes a conductivity imparting agent and a binder as necessary, and is formed on the other current collector 103.

[2−3]セパレータ
正極101と負極102との間には、これらを絶縁分離する絶縁性の多孔質セパレータ105が設けられる。セパレータ105としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質樹脂フィルム、セルロース膜、不繊布等を用いることができる。
[2-3] Separator An insulating porous separator 105 is provided between the positive electrode 101 and the negative electrode 102 to insulate and separate them. As the separator 105, a porous resin film made of polyethylene, polypropylene, or the like, a cellulose film, a non-woven cloth, or the like can be used.

[2−4]電解液
電解液は、正極と負極との間で荷電担体の輸送を行うものであり、正極101、負極102及びセパレータ105に含浸している。電解液としては、電解質塩を有機溶媒に溶解した非水電解液を用いることができる。電解液の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒を用いることができる。必要に応じてさらに被膜形成用添加剤を電解液に添加することができる。
[2-4] Electrolytic Solution The electrolytic solution transports the charge carrier between the positive electrode and the negative electrode, and is impregnated in the positive electrode 101, the negative electrode 102, and the separator 105. As the electrolytic solution, a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in an organic solvent can be used. As the solvent for the electrolytic solution, an aprotic organic solvent can be used. If necessary, a film-forming additive can be further added to the electrolytic solution.

電解質塩としては、例えばLiPF6、LiClO4、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22(以下「LiTFSI」)、LiN(C25SO22(以下「LiBETI」)、Li(CF3SO23C、Li(C25SO23C等の通常の電解質材料を用いることができる。 Examples of the electrolyte salt include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 (hereinafter “LiTFSI”), LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 (hereinafter “LiBETI”). ), Li (CF 3 SO 2 ) 3 C, Li (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C, or other ordinary electrolyte materials can be used.

有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート等の鎖状カーボネート;γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類;テトラヒドロフラン、ジオキソラン等の環状エーテル類;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等のアミド類が挙げられる。有機溶媒は一種を単独で用いても二種以上を混合して用いてもよい。例えば、環状カーボネート及び鎖状カーボネートの少なくとも一方を混合した有機溶媒を用いることができる。   Examples of the organic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; γ-lactones such as γ-butyrolactone; cyclics such as tetrahydrofuran and dioxolane. Ethers; amides such as dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone and the like. An organic solvent may be used individually by 1 type, or 2 or more types may be mixed and used for it. For example, an organic solvent in which at least one of a cyclic carbonate and a chain carbonate is mixed can be used.

被膜形成用添加剤としては、例えば1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン等の環式モノスルホン酸エステル;ビニレンカーボネート等の環状カーボネート;鎖状のジスルホン酸化合物等が挙げられる。被膜形成用添加剤は、一種を単独で用いても二種以上を混合して用いてもよい。電解液中の被膜形成用添加剤の含有量は0.01重量%から10重量%の範囲にあることが好ましく、より十分な添加効果を得る観点から0.1重量%以上が好ましい。被膜形成用添加剤を添加することで、良質なSEI被膜を形成することができ、電池特性を向上することができる。この添加剤の含有量が少なすぎると良質なSEI被膜の形成が困難になり電池特性の向上効果が低くなるおそれがある。また、この添加剤の含有量が多すぎると、SEI被膜を形成し続けるため、サイクル特性の低下が生じるおそれがある。このような観点から、被膜形成用添加剤の含有量は10重量%以下が好ましく、2重量%以下がより好ましい。   Examples of the film forming additive include cyclic monosulfonic acid esters such as 1,3-propane sultone and 1,4-butane sultone; cyclic carbonates such as vinylene carbonate; and chain disulfonic acid compounds. As the film forming additive, one kind may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used. The content of the film-forming additive in the electrolytic solution is preferably in the range of 0.01% by weight to 10% by weight, and preferably 0.1% by weight or more from the viewpoint of obtaining a more sufficient addition effect. By adding the film forming additive, a high-quality SEI film can be formed, and the battery characteristics can be improved. If the content of the additive is too small, it is difficult to form a high-quality SEI film, and the effect of improving battery characteristics may be reduced. In addition, when the content of the additive is too large, the SEI film is continuously formed, so that the cycle characteristics may be deteriorated. From such a viewpoint, the content of the film forming additive is preferably 10% by weight or less, and more preferably 2% by weight or less.

[2−5]外装用フィルム
外装用フィルム106としてはアルミラミネートフィルム等を用いることができる。外装用フィルム以外の外装体としては、金属ケースや樹脂ケースが挙げられる。蓄電デバイスの外形としては、円筒型、角型、コイン型、シート型が挙げられる。
[2-5] Exterior Film An aluminum laminate film or the like can be used as the exterior film 106. Examples of the exterior body other than the exterior film include a metal case and a resin case. Examples of the outer shape of the electricity storage device include a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, and a sheet shape.

[2−6]蓄電デバイスの組立例
負極102の表面(正極に対向する活物質層の表面)に金属リチウム107をプレスにより接着させた。このとき、金属リチウムは、負極の表面に対向する面の面積Aが負極表面の面積Bの5〜20%(A/B)の範囲にあるものが好ましく、金属リチウムフィルムとして設けることができる。金属リチウムの面積Aが大きすぎるとプレドープ処理後に金属リチウムが残存するおそれがあり、一方、面積Aが小さすぎると、負極中にリチウムイオンが十分にプレドープされず、プレドープによる電池特性の改善効果が十分に得られないおそれがある。金属リチウムの厚みは、十分なプレドープを行う観点から、20μm以上が好ましく、40μm以上がより好ましく、60μm以上がさらに好ましく、金属リチウムの残留防止や電極積層体構造に悪影響を与えない観点から、1000μm以下が好ましく、500μm以下がより好ましく、300μm以下がさらに好ましい。
[2-6] Example of assembly of electricity storage device Metal lithium 107 was adhered to the surface of the negative electrode 102 (the surface of the active material layer facing the positive electrode) by pressing. At this time, the metal lithium preferably has a surface area A facing the negative electrode surface in a range of 5 to 20% (A / B) of the negative electrode surface area B, and can be provided as a metal lithium film. If the area A of the lithium metal is too large, the lithium metal may remain after the pre-doping treatment. On the other hand, if the area A is too small, lithium ions are not sufficiently pre-doped in the negative electrode, and the effect of improving the battery characteristics due to the pre-doping is obtained. There is a possibility that it cannot be obtained sufficiently. The thickness of the metallic lithium is preferably 20 μm or more from the viewpoint of sufficient pre-doping, more preferably 40 μm or more, and further preferably 60 μm or more. From the viewpoint of preventing the residual lithium metal and adversely affecting the electrode laminate structure, 1000 μm Or less, more preferably 500 μm or less, and even more preferably 300 μm or less.

負極に予め挿入されるリチウム容量(プレドープ量)は、負極が充放電において挿入脱離可能なリチウム容量の10%以上が好ましく、40%以上がより好ましい。リチウム過剰による安定性低下を抑える観点から、負極が充放電において挿入脱離可能なリチウム容量の200%以下が好ましく、120%以下がより好ましく、100%以下がさらに好ましい。なお、リチウム容量とはリチウムイオンの容量を示す。また、負極が充放電において挿入脱離可能なリチウム容量は、リチウム金属対極のセルを作製し、1/40Cのレートで対リチウム比0Vまで充電、1/40Cレートで対リチウム比1Vまで放電するサイクルを10回繰り返すことで測定した値とする。   The lithium capacity (pre-doping amount) inserted in the negative electrode in advance is preferably 10% or more, more preferably 40% or more of the lithium capacity in which the negative electrode can be inserted and removed during charge / discharge. From the standpoint of suppressing a decrease in stability due to excessive lithium, the negative electrode is preferably not more than 200%, more preferably not more than 120%, and still more preferably not more than 100% of the lithium capacity that can be inserted and removed in charge and discharge. Note that the lithium capacity indicates the capacity of lithium ions. In addition, the lithium capacity in which the negative electrode can be inserted / removed during charge / discharge produces a lithium metal counter electrode, which is charged to a lithium ratio of 0V at a 1 / 40C rate and discharged to a lithium ratio of 1V at a 1 / 40C rate. The measured value is obtained by repeating the cycle 10 times.

次に、負極102を外装用フィルム106上に置き、セパレータ105を挟んで正極101と重ね合わせることで電極積層体を得た。得られた電極積層体を外装用フィルム106で覆い、電極リード部104を含む3辺を熱融着した。これに電解液を注入し、真空含浸させた。十分に含浸させて電極及びセパレータ105の空隙を電解液で埋めた後、残りの1辺を減圧下にて熱融着することにより、ラミネート型の蓄電デバイス108の組み立てを完了した。   Next, the negative electrode 102 was placed on the exterior film 106, and the electrode 105 was obtained by overlapping the positive electrode 101 with the separator 105 interposed therebetween. The obtained electrode laminate was covered with an exterior film 106 and three sides including the electrode lead portion 104 were heat-sealed. An electrolytic solution was poured into this and vacuum impregnated. After sufficiently impregnating and filling the gap between the electrode and the separator 105 with the electrolytic solution, the remaining one side was thermally fused under reduced pressure, thereby completing the assembly of the laminate-type power storage device 108.

[2−7]プレドープ処理
蓄電デバイスの組み立て完了からできるだけ速やかに充電を行う。蓄電デバイスの組立完了から好ましくは12時間以内、より好ましくは6時間以内、さらに好ましくは1時間以内に充電する。これは蓄電デバイスの組立完了後、早期に充電することにより負極表面にSEI(solid electrolyte interface)被膜を形成させ、負極−電解液界面での電解液の分解を抑制し、電池特性の劣化を防ぐためである。その際、充電により蓄電デバイスの電圧を3.0〜4.0Vの状態にすることが好ましく、3.4〜3.7Vの状態にすることがより好ましい。電圧が低すぎると、SEI被膜の形成が不十分になり、後の保持期間中に負極−電解液界面で電解液の分解が生じるおそれがある。また、電圧が高すぎる場合も電解液の分解が生じるおそれがある。
[2-7] Pre-doping treatment Charging is performed as soon as possible after the assembly of the electricity storage device is completed. Charging is preferably performed within 12 hours, more preferably within 6 hours, and even more preferably within 1 hour from the completion of assembly of the electricity storage device. This is because the SEI (solid electrolyte interface) film is formed on the negative electrode surface by charging early after the assembly of the electricity storage device, suppressing the decomposition of the electrolyte solution at the negative electrode-electrolyte interface, and preventing the deterioration of the battery characteristics. Because. In that case, it is preferable to make the voltage of an electrical storage device into the state of 3.0-4.0V by charge, and it is more preferable to set it as the state of 3.4-3.7V. When the voltage is too low, the formation of the SEI film becomes insufficient, and the electrolyte solution may be decomposed at the negative electrode-electrolyte interface during the subsequent holding period. Moreover, when the voltage is too high, the electrolytic solution may be decomposed.

充電後、その充電により得られた充電状態を充電終了後から十分な時間保持することによりプレドープ処理を完了することができる。この保持の時間はプレドープが十分に行われる時間であれば特に制限はないが、プレドープをより十分に行う観点から、3日以上が好ましく、1週間以上がより好ましく、製造プロセスの効率化の観点から、4週間以下が好ましく、3週間以下がより好ましい。ここで「保持」とは、蓄電デバイスの正極―負極間で電流を流さない状態で保つことをいう。保持の期間が短すぎる場合は蓄電デバイス内に金属リチウムが残存し、プレドープによる効果が十分に得られないおそれがある。   After charging, the pre-doping treatment can be completed by holding the state of charge obtained by the charging for a sufficient time after the end of charging. The holding time is not particularly limited as long as the pre-doping is sufficiently performed, but from the viewpoint of sufficiently performing the pre-doping, it is preferably 3 days or more, more preferably 1 week or more, and from the viewpoint of efficiency of the production process Therefore, 4 weeks or less is preferable, and 3 weeks or less is more preferable. Here, “holding” means keeping current in a state where no current flows between the positive electrode and the negative electrode of the electricity storage device. If the holding period is too short, metallic lithium remains in the electricity storage device, and the effect of pre-doping may not be sufficiently obtained.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

(ニトロキシル高分子:PTMAの合成)
本実施例で用いたニトロキシル高分子であるポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシルメタクリレート(PTMA)は、特開2009−238612号公報に記載の方法に従って合成した。すなわち、下記記載に従って合成した。
(Nitroxyl polymer: Synthesis of PTMA)
Poly (2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl methacrylate (PTMA), which is a nitroxyl polymer used in this example, was synthesized according to the method described in JP-A-2009-238612. Synthesized according to the following description.

還流管を付けた100mlナスフラスコ中に、2,2,6,6−テトラメチルピペリジンメタクリレートモノマー20g(0.089mol)を入れ、乾燥テトラヒドロフラン80mlに溶解させた。そこへ、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)0.29g(0.00187mol)(モノマー/AIBN=50/1)を加え、アルゴン雰囲気下75〜80℃で攪拌した。6時間反応後、室温まで放冷した。へキサン中でポリマーを析出させて濾別し、減圧乾燥してポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジンメタクリレート)を得た。   In a 100 ml eggplant flask equipped with a reflux tube, 20 g (0.089 mol) of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine methacrylate monomer was placed and dissolved in 80 ml of dry tetrahydrofuran. Thereto was added 0.29 g (0.00187 mol) of azobisisobutyronitrile (AIBN) (monomer / AIBN = 50/1), and the mixture was stirred at 75 to 80 ° C. in an argon atmosphere. After reacting for 6 hours, it was allowed to cool to room temperature. The polymer was precipitated in hexane, separated by filtration, and dried under reduced pressure to obtain poly (2,2,6,6-tetramethylpiperidine methacrylate).

次に、得られたポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジンメタクリレート)10gを乾操ジクロロメタン100mlに溶解させた。ここへm−クロロ過安息香酸15.2g(0.088mol)のジクロロメタン溶液100mlを室温にて攪拌しながら1時間かけて滴下した。さらに6時間攪拌後、沈殿したm−クロロ安息香酸を濾別して除き、濾液を炭酸ナトリウム水溶液および水で洗浄後、ジクロロメタンを留去した。残った固形分を粉砕し、得られた粉末をジエチルカーボネート(DEC)で洗浄し、減圧下乾燥させて、ポリ(2,2,6,6−テトラメチルピペリジノキシルメタクリレート)(PTMA)を得た。GPCによる重量平均分子量は89000であった。   Next, 10 g of the obtained poly (2,2,6,6-tetramethylpiperidine methacrylate) was dissolved in 100 ml of dry-treated dichloromethane. To this, 100 ml of a dichloromethane solution of 15.2 g (0.088 mol) of m-chloroperbenzoic acid was added dropwise over 1 hour with stirring at room temperature. After further stirring for 6 hours, the precipitated m-chlorobenzoic acid was removed by filtration, and the filtrate was washed with an aqueous sodium carbonate solution and water, and then dichloromethane was distilled off. The remaining solid was pulverized, and the resulting powder was washed with diethyl carbonate (DEC) and dried under reduced pressure to obtain poly (2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxyl methacrylate) (PTMA). Obtained. The weight average molecular weight by GPC was 89000.

(負極の作製)
グラファイト粉末(平均粒径6μm)13.5g、ポリフッ化ビニリデン1.35g、カーボンブラック0.15g、及びN−メチルピロリドン30gを混合し、ホモジェナイザーで撹拌し、均一なスラリーを調整した。
(Preparation of negative electrode)
13.5 g of graphite powder (average particle size 6 μm), 1.35 g of polyvinylidene fluoride, 0.15 g of carbon black, and 30 g of N-methylpyrrolidone were mixed and stirred with a homogenizer to prepare a uniform slurry.

このスラリーを集電体である銅メッシュ(厚み30μm)上に塗布し、次いで120℃で5分間乾燥した。さらにロールプレス機により厚さを調整した。これを23×25mmの長方形に切り抜き、ニッケル電極リードを超音波圧着した。得られた負極(活物質層)の厚さは50〜60μmであった。   This slurry was applied on a copper mesh (thickness 30 μm) as a current collector, and then dried at 120 ° C. for 5 minutes. Furthermore, the thickness was adjusted with a roll press. This was cut out into a 23 × 25 mm rectangle, and a nickel electrode lead was ultrasonically bonded. The thickness of the obtained negative electrode (active material layer) was 50 to 60 μm.

(正極の作製)
正極活物質としてPTMA2.1g、導電付与剤として炭素材料0.63g、結着剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)0.24g及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)0.03g、並びに水15mlを混合し、ホモジェナイザーで撹拌し、均一なスラリーを調整した。
(Preparation of positive electrode)
PTMA 2.1 g as the positive electrode active material, carbon material 0.63 g as the conductivity-imparting agent, carboxymethylcellulose (CMC) 0.24 g and polytetrafluoroethylene (PTFE) 0.03 g as the binder, and 15 ml of water were mixed. The mixture was stirred with a generator to prepare a uniform slurry.

このスラリーを集電体であるアルミ箔(厚み40μm)上に塗布し、次いで80℃で5分間乾燥した。さらにロールプレス機により厚さを調整した。これを22×24mmの長方形に切り抜き、アルミ電極リードを超音波圧着した。得られた正極(活物質層)の厚さは140〜150μmであった。   This slurry was applied on an aluminum foil (thickness 40 μm) as a current collector, and then dried at 80 ° C. for 5 minutes. Furthermore, the thickness was adjusted with a roll press. This was cut into a 22 × 24 mm rectangle, and an aluminum electrode lead was ultrasonically bonded. The thickness of the positive electrode (active material layer) obtained was 140 to 150 μm.

(実施例1)
100μm厚の金属リチウムを直径φ8.5mm(金属リチウムの負極に対向する面の面積は負極表面の面積の10%に相当)で円形に切り抜き、負極の表面(グラファイト面側)にプレスにより接着させた。
Example 1
Metal lithium with a thickness of 100 μm is cut into a circle with a diameter of 8.5 mm (the area of the metal lithium facing the negative electrode corresponds to 10% of the area of the negative electrode surface) and bonded to the negative electrode surface (graphite surface side) by pressing. It was.

図2に示すように、この負極と正極との間にポリプロピレン多孔質フィルムセパレータを挟み、電極積層体を形成し、この電極積層体をアルミラミネートフィルムで覆い、電極リード部を含む3辺を熱融着した。これに濃度1mol/LのLiPF6(支持塩)を含むエチレンカーボネート/ジメチルカーボネート=40/60(v/v)の混合電解液を注入し、電極中によく含浸させた。残りの1辺を減圧下にて熱融着させることでラミネート型の蓄電デバイスの組み立てを完了した。 As shown in FIG. 2, a polypropylene porous film separator is sandwiched between the negative electrode and the positive electrode to form an electrode laminate, the electrode laminate is covered with an aluminum laminate film, and the three sides including the electrode lead portions are heated. Fused. A mixed electrolyte solution of ethylene carbonate / dimethyl carbonate = 40/60 (v / v) containing LiPF 6 (supporting salt) at a concentration of 1 mol / L was poured into the electrode and thoroughly impregnated in the electrode. The assembly of the laminate-type electricity storage device was completed by thermally fusing the remaining one side under reduced pressure.

蓄電デバイスの組立完了から1時間以内に、10mAで10分間充電した。充電後の電圧は3.42Vであった。その後、2週間保持(放置)することによりプレドープ処理を完了した。   The battery was charged at 10 mA for 10 minutes within 1 hour from the completion of the assembly of the electricity storage device. The voltage after charging was 3.42V. Thereafter, the pre-doping treatment was completed by holding (leaving) for 2 weeks.

(実施例2)
実施例1と同様にして蓄電デバイスを組み立てた。蓄電デバイスの組立完了から1時間以内に、10mAで20分充電した。充電後の電圧は3.50Vであった。その後、2週間保持(放置)することによりプレドープ処理を完了した。
(Example 2)
An electricity storage device was assembled in the same manner as in Example 1. The battery was charged at 10 mA for 20 minutes within 1 hour after the assembly of the electricity storage device was completed. The voltage after charging was 3.50V. Thereafter, the pre-doping treatment was completed by holding (leaving) for 2 weeks.

(実施例3)
実施例1と同様にして蓄電デバイスを組み立てた。蓄電デバイスの組立完了から1時間以内に、10mAで30分充電した。充電後の電圧は3.55Vであった。その後、2週間保持(放置)することによりプレドープ処理を完了した。
Example 3
An electricity storage device was assembled in the same manner as in Example 1. The battery was charged at 10 mA for 30 minutes within one hour after the assembly of the electricity storage device was completed. The voltage after charging was 3.55V. Thereafter, the pre-doping treatment was completed by holding (leaving) for 2 weeks.

(実施例4)
100μm厚の金属リチウムをφ7.0mm(金属リチウムの負極に対向する面の面積は負極表面の面積の8%に相当)で円形に切り抜き、負極の表面(グラファイト面側)にプレスにより接着させた。
(Example 4)
Metal lithium having a thickness of 100 μm was cut into a circle with a diameter of 7.0 mm (the surface of the metal lithium facing the negative electrode corresponds to 8% of the area of the negative electrode surface) and adhered to the negative electrode surface (graphite surface side) by pressing. .

図2に示すように、この負極と正極との間にポリプロピレン多孔質フィルムセパレータを挟み、電極積層体を形成し、この電極積層体をアルミラミネートフィルムで覆い、電極リード部を含む3辺を熱融着した。これに濃度1mol/LのLiPF6(支持塩)、1重量%のビニレンカーボネート(被膜形成用添加剤)を含むエチレンカーボネート/ジメチルカーボネート=40/60(v/v)の混合電解液を注入し、電極中によく含浸させた。残りの1辺を減圧下にて熱融着させることでラミネート型の蓄電デバイスの組み立てを完了した。 As shown in FIG. 2, a polypropylene porous film separator is sandwiched between the negative electrode and the positive electrode to form an electrode laminate, the electrode laminate is covered with an aluminum laminate film, and the three sides including the electrode lead portions are heated. Fused. A mixed electrolyte of ethylene carbonate / dimethyl carbonate = 40/60 (v / v) containing LiPF 6 (supporting salt) with a concentration of 1 mol / L and 1% by weight of vinylene carbonate (additive for film formation) was injected into this. The electrode was well impregnated. The assembly of the laminate-type electricity storage device was completed by thermally fusing the remaining one side under reduced pressure.

蓄電デバイスの組立完了から1時間以内に、10mAで10分間充電した。充電後の電圧は3.51Vであった。その後、2週間保持(放置)することによりプレドープ処理を完了した。   The battery was charged at 10 mA for 10 minutes within 1 hour from the completion of the assembly of the electricity storage device. The voltage after charging was 3.51V. Thereafter, the pre-doping treatment was completed by holding (leaving) for 2 weeks.

(比較例1)
実施例1と同様にして蓄電デバイスを組み立てた。蓄電デバイスの組立完了後に充電は行なわずに(電圧は2.41Vであった)、2週間保持(放置)することによりプレドープ処理を完了した。
(Comparative Example 1)
An electricity storage device was assembled in the same manner as in Example 1. After the assembly of the electricity storage device was completed, charging was not performed (the voltage was 2.41 V), and the pre-doping treatment was completed by holding (leaving) for 2 weeks.

(比較例2)
実施例1と同様にして蓄電デバイスを組み立てた。蓄電デバイスの組立から1時間以内に、10mAで30分充電した。充電後の電圧は3.55Vであった。その後、1日間保持(放置)することによりプレドープ処理を完了した。
(Comparative Example 2)
An electricity storage device was assembled in the same manner as in Example 1. The battery was charged at 10 mA for 30 minutes within 1 hour from the assembly of the electricity storage device. The voltage after charging was 3.55V. Thereafter, the pre-doping treatment was completed by holding (leaving) for one day.

(比較例3)
100μm厚の金属リチウムをφ14mm(金属リチウムの負極に対向する面の面積は負極表面の面積の30%に相当)で円形に切り抜き、負極の表面(グラファイト面側)にプレスにより接着させたこと以外は実施例1と同様にして蓄電デバイスを組み立てた。蓄電デバイスの組立から1時間以内に、10mAで30分充電した。充電後の電圧は3.57Vであった。その後、1日間保持(放置)することによりプレドープ処理を完了した。
(Comparative Example 3)
Except that 100μm thick metallic lithium is cut out into a circle with a diameter of 14mm (the surface of the metallic lithium facing the negative electrode is equivalent to 30% of the negative electrode surface) and bonded to the negative electrode surface (graphite surface side) by pressing Was assembled in the same manner as in Example 1. The battery was charged at 10 mA for 30 minutes within 1 hour from the assembly of the electricity storage device. The voltage after charging was 3.57V. Thereafter, the pre-doping treatment was completed by holding (leaving) for one day.

(比較例4)
比較例3と同様にして蓄電デバイスを組み立てた。蓄電デバイスの組立から1時間以内に、10mAで30分充電した。充電後の電圧は3.51Vであった。その後、二週間保持(放置)することによりプレドープ処理を完了した。
(Comparative Example 4)
An electricity storage device was assembled in the same manner as in Comparative Example 3. The battery was charged at 10 mA for 30 minutes within 1 hour from the assembly of the electricity storage device. The voltage after charging was 3.51V. Thereafter, the pre-doping treatment was completed by holding (leaving) for two weeks.

(金属リチウムの残存について)
実施例1、2、3、4及び比較例1、2、3、4の蓄電デバイスを分解し、蓄電デバイス内に金属リチウムが残存しているかを確認した。表1に結果を示す。実施例1、2、3、4、比較例1では金属リチウムの残存はなかったが、比較例2、3、4では金属リチウムの残存を確認した。
(Remaining metallic lithium)
The power storage devices of Examples 1, 2, 3, and 4 and Comparative Examples 1, 2, 3, and 4 were disassembled, and it was confirmed whether metallic lithium remained in the power storage device. Table 1 shows the results. In Examples 1, 2, 3, 4 and Comparative Example 1, no metallic lithium remained, but in Comparative Examples 2, 3, and 4, the remaining metallic lithium was confirmed.

(出力測定とその結果)
実施例1、2、3、4及び比較例1の蓄電デバイスを、20℃にて、0.5mAの定電流で電圧が4Vになるまで充電した後、20℃にて、10mAで1秒間放電した。その後、20℃にて、0.5mAの定電流で電圧が4Vになるまで充電した後、20℃にて20mAで1秒間放電した。この充電・放電の繰り返しを、放電電流を30、40、・・・、1000mAと変えながら行った。放電終止電圧と測定電流を掛け合わせることで出力を求めた。各放電電流時の出力の中で最も値が大きいものを最大出力とした。
(Output measurement and results)
The power storage devices of Examples 1, 2, 3, 4 and Comparative Example 1 were charged at 20 ° C. with a constant current of 0.5 mA until the voltage reached 4 V, and then discharged at 20 ° C. and 10 mA for 1 second. did. Thereafter, the battery was charged at 20 ° C. with a constant current of 0.5 mA until the voltage reached 4 V, and then discharged at 20 mA at 20 mA for 1 second. This charging / discharging was repeated while changing the discharge current to 30, 40, ..., 1000 mA. The output was obtained by multiplying the discharge end voltage and the measured current. The largest output among the outputs at each discharge current was defined as the maximum output.

表2に最大出力の結果を示す。実施例1、実施例2、実施例3、実施例4、比較例1の最大出力はそれぞれ、293mW/cm2、315mW/cm2、324mW/cm2、352mW/cm2、246mW/cm2であった。このように、実施例1、実施例2、実施例3、実施例4は比較例1に比べて出力特性が高かった。この結果より、蓄電デバイス組立後に充電することで、出力特性を改善することができた。また、実施例4が最も出力が高く、被膜形成用添加剤を用いることで、出力特性を改善することができた。 Table 2 shows the maximum output results. The maximum outputs of Example 1, Example 2, Example 3, Example 4, and Comparative Example 1 are 293 mW / cm 2 , 315 mW / cm 2 , 324 mW / cm 2 , 352 mW / cm 2 , and 246 mW / cm 2 , respectively. there were. Thus, the output characteristics of Example 1, Example 2, Example 3, and Example 4 were higher than those of Comparative Example 1. From this result, it was possible to improve the output characteristics by charging after assembly of the electricity storage device. Further, Example 4 had the highest output, and the output characteristics could be improved by using the film forming additive.

本発明の実施形態によれば、低い製造コストで、高出力な蓄電デバイスを提供することができる。そのため、本発明の実施形態により得られた蓄電デバイスは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの駆動用又は補助用の蓄電源、各種携帯電子機器の電源、ソーラーエネルギーや風力発電等の各種エネルギーの蓄電装置、あるいは家庭用電気器具の蓄電源等に適用できる。   According to the embodiment of the present invention, a high-output power storage device can be provided at a low manufacturing cost. Therefore, the power storage device obtained according to the embodiment of the present invention is a storage power source for driving or auxiliary such as an electric vehicle and a hybrid electric vehicle, a power source for various portable electronic devices, and various energy storages such as solar energy and wind power generation. It can be applied to a storage power source of a device or a household electric appliance.

101 正極
102 負極
103 集電体
104 電極リード
105 セパレータ
106 外装用フィルム
107 金属リチウム
108 ラミネート型蓄電デバイス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Positive electrode 102 Negative electrode 103 Current collector 104 Electrode lead 105 Separator 106 Exterior film 107 Metal lithium 108 Laminate type electricity storage device

Claims (11)

酸化状態において下記式(1)で示されるニトロキシルカチオン部分構造をとり、還元状態において下記式(2)で示されるニトロキシルラジカル部分構造をとるニトロキシル化合物を含む正極と、リチウムイオンを可逆的に挿入・脱離可能な活物質材料を含む負極と、電解液を有し、前記酸化状態と前記還元状態との間で電子の授受を行う下記反応式(A)で示される反応を正極の電極反応として用いる蓄電デバイスの製造方法であって、
前記負極に金属リチウムを接着させ、該負極を用いて蓄電デバイスを組み立て、該蓄電デバイスの電圧が3.0〜4.0Vとなるように充電し、充電後に3日以上4週間以下保持することにより前記負極にリチウムイオンをプレドープする工程を有し、
前記金属リチウムの前記負極表面に対向する面の面積Aの、該負極表面の面積Bに対する比率(A/B)が5〜20%の範囲にあり、該金属リチウムの厚みが20μm〜300μmの範囲にあることを特徴とする蓄電デバイスの製造方法。
A positive electrode containing a nitroxyl compound having a nitroxyl cation partial structure represented by the following formula (1) in an oxidized state and a nitroxyl radical partial structure represented by the following formula (2) in a reduced state; A negative electrode containing an active material that can be inserted / removed, an electrolyte, and a reaction represented by the following reaction formula (A) that exchanges electrons between the oxidized state and the reduced state is performed as a positive electrode A method for producing an electricity storage device used as a reaction,
Lithium metal is bonded to the negative electrode, an electric storage device is assembled using the negative electrode, charged so that the voltage of the electric storage device is 3.0 to 4.0 V, and held for 3 days or more and 4 weeks or less after charging. A step of pre-doping lithium ions to the negative electrode ,
The ratio (A / B) of the area A of the surface of the metallic lithium facing the negative electrode surface to the area B of the negative electrode surface is in the range of 5 to 20%, and the thickness of the metallic lithium is in the range of 20 μm to 300 μm. A method for manufacturing an electricity storage device according to claim 1.
前記金属リチウムの前記負極表面に対向する面の面積Aの、該負極表面の面積Bに対する比率(A/B)は、5〜10%の範囲にある、請求項1記載の蓄電デバイスの製造方法。 Wherein the area A of the surface opposite the surface of the negative electrode of metallic lithium, the ratio (A / B) with respect to the area B of the negative electrode surface, 5 is the 10% range, a manufacturing method of an electric storage device of claim 1, wherein . 前記金属リチウムの厚みが20μm〜100μmの範囲にある、請求項に記載の蓄電デバイスの製造方法。 The manufacturing method of the electrical storage device of Claim 1 which has the thickness of the said metal lithium in the range of 20 micrometers- 100 micrometers. 前記金属リチウムの厚みが20μm〜100μmの範囲にあり、前記金属リチウムの前記負極表面に対向する面の面積Aの、該負極表面の面積Bに対する比率(A/B)が、5〜10%の範囲にある、請求項1に記載の蓄電デバイスの製造方法。The thickness of the metallic lithium is in the range of 20 μm to 100 μm, and the ratio (A / B) of the area A of the surface of the metallic lithium facing the negative electrode surface to the area B of the negative electrode surface is 5 to 10%. The manufacturing method of the electrical storage device of Claim 1 which exists in a range. 前記充電の後に1週間以上保持する、請求項1記載の蓄電デバイスの製造方法。 Holding more than one week after the charging method of an electric storage device according to claim 1. 前記充電の後に1週間以上保持する、請求項2から4のいずれか一項に記載の蓄電デバイスの製造方法。The method for manufacturing an electricity storage device according to any one of claims 2 to 4, wherein the battery is held for one week or more after the charging. 前記充電の後に3週間以下保持する、請求項1から6のいずれか一項に記載の蓄電デバイスの製造方法。The manufacturing method of the electrical storage device as described in any one of Claim 1 to 6 hold | maintained for 3 weeks or less after the said charge. 前記充電において、蓄電デバイスの電圧が3.4〜3.7Vの範囲にある、請求項1から7のいずれか一項に記載の蓄電デバイスの製造方法。The method for manufacturing an electricity storage device according to any one of claims 1 to 7, wherein in the charging, the voltage of the electricity storage device is in a range of 3.4 to 3.7V. 前記蓄電デバイスの組み立てを完了してから12時間以内に前記の充電を行う、請求項1からのいずれか一項に記載の蓄電デバイスの製造方法。 The manufacturing method of the electrical storage device as described in any one of Claim 1 to 8 which performs the said charge within 12 hours after completing the assembly of the said electrical storage device. 前記ニトロキシル化合物は、酸化状態において一般式(Ia)で示される環状ニトロキシル構造を側鎖に含むポリマーである、請求項1からのいずれか一項に記載の蓄電デバイスの製造方法。

(式中、R〜Rはそれぞれ独立に炭素数1〜4のアルキル基を表し、Xは5〜7員環を形成する2価の基を表す。但し、Xがポリマーの側鎖の一部を構成することにより、式(Ia)で示される環状ニトロキシル構造がポリマーの一部となっている。)
The method for manufacturing an electricity storage device according to any one of claims 1 to 9 , wherein the nitroxyl compound is a polymer including a cyclic nitroxyl structure represented by the general formula (Ia) in a side chain in an oxidized state.

(In the formula, R 1 to R 4 each independently represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and X represents a divalent group forming a 5- to 7-membered ring, provided that X represents a side chain of the polymer. (By constituting a part, the cyclic nitroxyl structure represented by the formula (Ia) becomes a part of the polymer.)
前記電解液は、リチウム塩と非プロトン性溶媒と被膜形成用添加剤を含む電解液であり、被膜形成用添加剤の含有量が0.01重量%〜10%重量%の範囲内にある、請求項1から10のいずれか一項に記載の蓄電デバイスの製造方法。 The electrolytic solution is an electrolytic solution containing a lithium salt, an aprotic solvent, and a film forming additive, and the content of the film forming additive is in the range of 0.01% by weight to 10% by weight. The manufacturing method of the electrical storage device as described in any one of Claims 1-10 .
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